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浙江在线10月25日讯(浙江在线记者 曾福泉 通讯员 柯溢能)远洋船舶需要定期清除船板上的铁锈、废旧油漆、附着海生物,以保证船舶的良好工作状态。传统的人工清除属于典型的劳动密集型作业,且存在一些难以克服的弊端,比如高空作业难度大易出现人身伤害,喷砂作业污染环境且危害人身健康,相关用人成本逐年陡增且招工难等。

浙江大学朱世强教授团队研制的除锈爬壁机器人能有效应对这些难题。近日,首台机器人在舟山市金海船务公司交付使用。

这台除锈爬壁机器人的自重72千克、挂载能力超过100千克,利用超过200兆帕斯卡的超高压水射流除锈和油漆,并可同步将废水从船板表面抽到收集设备,从而避免含有铁锈和旧油漆的废水直接流到大海中而造成污染。团队技术骨干、浙江大学海洋学院教师宋伟介绍,在满足sa2.5除锈等级的要求下,这台机器人的最大作业效率达每小时81平方米、平均作业效率为每小时40平方米。

这台除锈爬壁机器人是朱世强团队基于10多年的特种机器人和流体动力技术的研究积累,在长达2年、4代机型的测试和实船试验完成了相关研制与实际应用工作。该团队先后突破了单面强吸附永磁组件设计、大负载爬壁机器人轻量化设计、超高压水射流喷嘴空间分布优化、曲面自适应真空废水回收等关键技术。

宋伟介绍,这台机器人首先要解决的是质量与磁性的矛盾,设计一款质量轻、吸附力大的磁铁。“我们通过磁回路和磁铁组件尺寸的优化设计,解决了磁铁的问题。”宋伟说,“还通过机械结构的设计,促进整体机器人轻量化,便于人工搬运。”

爬壁机器人在船表面的吸附原理比较简单,但实际应用却要面临十分复杂的情况。不同的船型、焊接与涂装工艺,以及海水对油漆的冲刷程度,都会影响爬壁机器人的工作性能。朱世强团队遇到过一条越南散货船,焊缝做得很高,一不小心就会卡住。“这些凸起和曲面会影响真空密封效果,从而削弱真空回收的能力。因此,需要在真空回收区域设计密封装置,该密封装置同时要能适应凸起和曲面,从而保证真空回收效果。”宋伟说。

舟山是我国重要的船舶修造基地和石化储运基地。除了船舶,该款机器人还可以用于石化储罐的壁面维护。目前,舟山拥有石化储罐近3000万立方,当相关原油储备基地建成后,储罐容量将达上亿立方。这对于浙江大学的这款除锈爬壁机器人来说,大有用武之地,可以很好地支撑舟山当地产业,也将在实际应用中积累更多经验,得到快速地升级成长。

宋伟介绍,更大负载能力、更高作业效率的机型已在样机装配阶段,水陆两栖机型将在今年底完成样机研制。依托浙江大学多学科优势,未来除锈爬壁机器人还将加入更多人工智能技术,通过基于多传感器信息融合,能够检测清洗的效果,进而规划自己的路径、优化系统作业参数,实现作业效率最优化。“爬壁机器人作业过程就像刷油漆一样,相邻两道清洗痕迹重叠得越少,作业效率越高。同时,不同的油漆牌号和涂装工艺,又需要爬行速度、水压、喷嘴转速等系统参数能够根据实际清洗效果来自动调整与优化,这样对作业效率的提高也是很有必要的。我们希望通过人工智能技术的应用,充分发挥机器人的潜能,把平均效率做进一步的提升。”宋伟说。

目前,该团队已申请相关专利近20项,获得了地方政府、投资机构的资金支持,即将开展知识成果转化和产业化。

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